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VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung
mit der fortlaufenden Nummer 10-2008-0124130 , eingereicht
am 8. Dezember 2008 und der
koreanischen
Patentanmeldung mit der fortlaufenden Nummer 10-2009-095680 ,
eingereicht am 8. Oktober 2009, die in vollem Umfang durch Bezugnahme
hierin aufgenommen sind.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Peptidverbindung zum Einfangen
oder Inhibieren von aviärem Influenzavirus und die Verwendung
derselben.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Aviäres
Influenza(nachfolgend als ”AI” bezeichnet)-Virus
hat in letzter Zeit der Hausgeflügelindustrie infolge des
zugenommenen Ausmaßes von Schäden und der erhöhten
Anzahl von Ausbrüchen großen Schaden zugefügt.
Obwohl in Korea bislang über keine Fälle einer
humanen AI-Infektion berichtet wurde, kann diese zu einem verheerenden
Schaden führen und hat in der Tat zu 93 Infektionsfällen
und 50~60% der Mortalitätsrate von hochpathogenem H5N1
in Vietnam geführt. Aus diesem Grund schenken internationale
Organisationen, wie die WHO, der AI große Aufmerksamkeit.
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Herkömmliche
Techniken, welche das AI-Virus betreffen, umfassen einen ein AI-Antigen
tragenden rekombinanten Adenovirusvektor, eine Immunzusammensetzung,
welche den rekombinanten Vektor und Adenovirus umfasst, und eine
Immunisierung gegen AI oder eine epidemische Influenza durch Inokulieren
mit der Immunzusammensetzung, etc. Zusätzlich gibt es Verfahren
zum Herstellen eines peptidbasierten Antiinfluenzavakzins gegen
Influenza A und B, und PDMS-basierte antivirale Frühwarnsysteme
zum Nachweisen von hochpathogener AI. Diese Techniken beziehen sich
nur auf pharmazeutische Verwendungen, wie ein Vakzin, ohne dass
Instruktionen bezüglich der Verwendungen davon bei der
Entwicklung von AI-Virus einfangenden Materialien oder Biosensoren
bereitgestellt werden.
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Obwohl
bereits mehrere Therapeutika (z. B. Tamiflu) oder Vakzine gegen
AI entwickelt wurden, gibt es keine besonderen Präventionsmaßnahmen
bei einer AI-Infektion von Geflügel, mit Ausnahme des Schließens einer
Region, in der ein Ausbruch erfolgte, oder des Schlachtens von infiziertem
Geflügel. Folglich ist gegenwärtig die beste Lösung
für AI-Virusprobleme, eine AI-Virusinfektion so früh
wie möglich nachzuweisen, um schnell Gegenmaßnahmen
zu ergreifen.
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Beispiele
für grundlegende Techniken, die mit dem Nachweis oder der
Messung von AI verbunden sind, umfassen 1) ein einfaches Diagnostik-Kit,
2) Ei-Inokulation und 3) RT-PCR (Echtzeit-Polymerasekettenreaktion).
Was das einfache Diagnostik-Kit anbelangt, ist die Herstellung eines
spezifischen Antikörpers eine grundlegende Technik. Im
Falle der Ei-Inokulation oder der RT-PCR, macht die Proliferation
spezifischer Gene des AI-Virus die grundlegende Technik aus. Die
Entwicklung von Liganden, die spezifisch für das AI-Virus sind, konzentrierte
sich bislang auf Virusinhibitoren (Therapeutika), während
die meisten Biosensoren auf Antikörper gerichtet sind.
Einfache Diagnostik-Kits, die üblicherweise auf ELISA (Enzyme
Linked Immunosorbent Assay) beruhen, sind für den Gebrauch
durch durchschnittliche Viehbauern zu teuer. Ferner ist es bei Antikörpern,
welche bei einfachen Diagnostik-Kits üblicherweise eine
Schlüsselrolle spielen, erforderlich, dass sehr komplizierte
Lagerbedingungen oder Einsatzbedingungen eingehalten werden. Des
Weiteren neigen auch die Antikörper selbst zur Denaturierung,
wodurch der Verwendung der einfachen Diagnostik-Kits im praktischen Einsatz
Einschränkungen auferlegt werden, wobei dies üblicherweise
Bedingungen sind, die härter sind als Laborbedingungen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demgemäß wurde
die vorliegende Erfindung unter Berüchsichtigung der obigen
im Stand der Technik auftretenden Probleme gemacht und eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einfangverbindung
bereitzustellen, welche anstelle von Antikörpern verwendet
werden kann, um ein AI-Virus nachzuweisen, welche, verglichen mit
Antikörpern, wirtschaftlich vorteilhaft ist und für
einen langen Zeitraum gelagert werden kann.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Inhibierungsverbindung
bereitzustellen, die an Proteine des AI-Virus stark binden kann,
um die Aktivität des AI-Virus zu supprimieren.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mittel
zum Einfangen oder Inhibieren eines AI-Virus bereitzustellen, umfassend
die Verbindung als Wirkstoff.
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Es
ist ferner eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Nachweisen des AI-Virus bereitzustellen, umfassend
die Verwendung der Einfangverbindung.
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Es
ist ferner eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Biosensor zum Diagnostizieren einer AI-Infektion bereitzustellen,
welcher die Einfangverbindung als Wirkstoff umfasst.
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Gemäß einem
Aspekt davon, stellt die vorliegende Erfindung eine Verbindung zum
Einfangen oder Inhibieren eines AI-Virus bereit, die durch die folgende
chemische Formel 1 dargestellt ist: [Chemische
Formel 1]
wobei
X und X' unabhängig voneinander
H; eine aus der Gruppe bestehend aus Biotin, Streptavidin und Avidin
ausgewählte funktionelle Gruppe; oder ein funktioneller
Anteil, bestehend aus einer aus der Gruppe bestehend aus Biotin,
Streptavidin und Avidin ausgewählten funktionellen Gruppe
und einem Linker, welcher die funktionelle Gruppe mit dem Grundgerüst
der Verbindung der chemischen Formel 1 verbindet, sind;
m eine
ganze Zahl von 2~10 ist;
n 0 oder 1 ist; und
R ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus -H, -CH
3,
-CH(CH
3)
2, -CH
2CH(CH
3)
2,
-CHCH
3CH
2CH
3, -CH
2OH, -CHOHCH
3, -CH
2SH, -(CH
2)
2SCH
3,
-CH
2COOH, -CH
2CONH
2, -(CH
2)
2COOH, -(CH
2)
2CONH
2, -(CH
2)
3CH
2NH
2, -(CH
2)
3NHCNHNH
2,
-CH
2CH
2CH
2- (Prolin) und
-CH
2SSCH
2- (Cystin).
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Gemäß einem
anderen Aspekt davon, stellt die vorliegende Erfindung ein Mittel
zum Einfangen und Inhibieren eines AI-Virus bereit, umfassend die
Verbindung der chemischen Formel 1.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt davon, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Nachweisen eines AI-Virus bereit, umfassend das Inkontaktbringen
der Verbindung der chemischen Formel 1 mit einer zu untersuchenden
Probe.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt davon, stellt die vorliegende Erfindung einen Biosensor
bereit, umfassend die Verbindung der chemischen Formel 1 als Einfangmittel
für das AI-Virus.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden besser verständlich anhand der folgenden
ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
Ansicht ist, welche eine Molekülstruktur einer Verbindung
zum Einfangen oder Inhibieren eines AI-Virus gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 eine
schematische Darstellung ist, die ein Streptavidin-beschichtetes
Kügelchen zeigt, wobei die Oberfläche desselben
modifiziert ist durch Konjugation mit einer Verbindung zum Einfangen
oder Inhibieren eines AI-Virus gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung ist, die auf schrittweise Art die Herstellung
eines Biosensors unter Verwendung einer Verbindung zum Einfangen
und Inhibieren eines AI-Virus gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 die
Affinitäten von 29 in Beispiel 1 ausgewählten
Aminosäuredimeren für das H5-Protein des AI-Virus
bezogen auf die mittels Flexx-p (BiosolveIT, Deutschland) gemessene
freie Energie zeigt;
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5 eine
Aufnahme ist, welche die Ergebnisse von 4 zeigt;
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6A und 6B die
Ergebnisse des Vergleichsversuchs der Bindungseigenschaften mit
einem Antikörper, der kommerziell erhältlich ist
[Ab: Antikörper, NR1: Sialinsäure, NR2: 3- Sialinlactose
(engl. 3-silaiic-lactose), NR3: 6'-Sialinlactose (engl. 6'-sialic
lactose), SM1: VA (Aminosäuredimer als Einbuchstabencode),
SM2: QH, SM3: IL];
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7A und 7B die
Ergebnisse eines Versuchs unter Verwendung von echtem Hühnerblut
zeigen (Ag: Probe des roten Hühnerserums mit Antigen, Konzentration:
6,7 pM, SE: Probe von rotem Hühnerserum);
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8 eine
graphische Darstellung ist, welche die in Beispiel 2 erhaltenen
Analyseergebnisse zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß einem
Aspekt davon, betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbindung
zum Einfangen oder Inhibieren eines AI-Virus, die durch die folgende
chemische Formel 1 dargestellt ist: [Chemische
Formel 1]
wobei
X und X' unabhängig voneinander
H; eine aus der Gruppe bestehend aus Biotin, Streptavidin und Avidin
ausgewählte funktionelle Gruppe; oder ein funktioneller
Anteil, bestehend aus einer aus der Gruppe bestehend aus Biotin,
Streptavidin und Avidin ausgewählten funktionellen Gruppe
und einem Linker, welcher die funktionelle Gruppe mit dem Grundgerüst
der Verbindung der chemischen Formel 1 verbindet, sind;
m eine
ganze Zahl von 2~10 ist;
n 0 oder 1 ist; und
R ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus -H, -CH
3,
-CH(CH
3)
2, -CH
2CH(CH
3)
2,
-CHCH
3CH
2CH
3, -CH
2OH, -CHOHCH
3, -CH
2SH, -(CH
2)
2SCH
3,
-CH
2COOH, -CH
2CONH
2, -(CH
2)
2COOH, -(CH
2)
2CONH
2, -(CH
2)
3CH
2NH
2, -(CH
2)
3NHCNHNH
2,
-CH
2CH
2CH
2- (Prolin) und
-CH
2SSCH
2- (Cystin).
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Beispiele
für in der vorliegenden Erfindung nützliche Linker
umfassen Polyethylenglycole (PEGs), DNA, ein Alkylen von C1C2O, 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimid
(EDC), Carbonyldiimidazol (CDI), Sulfo-NHS (Sulfosuccinimidyl),
Isocyanatderivate, Acylazidderivate, N-Hydroxysuccinimid (NHS),
Sulfonylchloridderivate, Aldehydderivate, Epoxyderivate, etc.
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Genauer
gesagt kann der für X' geeignete Linker 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimid (EDC),
Carbonyldiimidazol (CDI) und Sulfo-NHS (Sulfosuccinimidyl) umfassen,
wobei Isocyanatderivate, die Isothioharnstoffbindungen bilden können,
Acylazidderivate, die Amidbindungen bilden können, N-Hydroxysuccinimid
(NHS), Sulfonylchloridderivate, die Sulfonamidbindungen bilden können,
oder Aldehydderivate oder Epoxyderiva te, die sekundäre
Amidbindungen bilden können, als Linker für X
verwendet werden können.
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Die
Verbindung der chemischen Formel 1 kann strukturell verändert
werden durch Modifizieren der Amingruppe des Linkers oder des Peptids
mit einem arylierenden Agens, einem Imidoester, EDC, einem Anhydrid,
einem Fluorphenylester, etc.
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Die
durch die chemische Formel 1 dargestellte Verbindung bindet an das
H5-Protein des AI-Virus, um das AI-Virus einzufangen oder zu inhibieren.
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Vorzugsweise
kann die Verbindung zum Einfangen der Epitope von H5N1 HA oder zum
Inhibieren des AI-Virus, die durch die chemische Formel 1 dargestellt
ist, auf einer Dipeptidverbindung (m = 2) beruhen, die ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus ALA-ALA, ARG-ARG, ARG-ASN, ASN-TYR,
CYS-VAL, GLN-HIS, GLN-ILE, GLU-HIS, GLU-LYS, GLY-GLU, ILE-THR, LEU-ALA,
LYS-LYS, MET-ALA, MET-ASP, PHE-ASN, PRO-ALA, SER-ARG, SER-CYS, SER-LYS,
SER-VAL, THR-GLN, THR-GLU, THR-LYS, TRP-ARG, TYR-ALA, VAL-ALA, VAL-HIS
und GLU-HIS.
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Insbesondere
kann die Verbindung zum Einfangen der Epitope von H5N1 HA oder zum
Inhibieren des AI-Virus, die durch die chemische Formel 1 dargestellt
ist, auf einer Dipeptidverbindung beruhen, die ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus GLN-HIS, TYR-ALA, ALA-ALA, CYS-VAL,
SER-LYS, VAL-ALA, GLU-HIS, LEU-ALA, ARG-ARG, SER-VAL, TRP-ARG, ASN-TYR,
SER-CYS; vorzugsweise GLN-HIS oder TYR-ALA, wenn das Epitop die
Sequenz RNSPQRERRRKKRG aufweist.
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Insbesondere
kann die Verbindung zum Einfangen der Epitope von H5N1 HA oder zum
Inhibieren des AI-Virus, die durch die chemische Formel 1 dargestellt
ist, auf einer Dipeptidverbindung beruhen, die ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus ILE-THR, ASN-TYR, TYR-ALA, THR-LYS,
TRP-ARG, GLU-LYS, ALA-ALA, PHE-ASN, GLN-ILE, LYS-LYS, SER-CYS, SER-LYS,
LEU-ALA; vorzugsweise ILE-THR oder ASN-TYR, wenn das Epitop die
Sequenz CYPGDFNDYEELKHL aufweist.
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Die
durch die chemische Formel 1 dargestellte Verbindung bindet an das
H5-Protein des AI-Virus, um das AI-Virus einzufangen oder zu inhibieren.
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In
der Verbindung der chemischen Formel 1 ist m vorzugsweise eine ganze
Zahl von 2~5, bevorzugter eine ganze Zahl von 2 oder 3, und besonders
bevorzugt eine ganze Zahl von 2.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein AI-Virus einfangendes oder
inhibierendes Mittel, umfassend die Verbindung der chemischen Formel
1 als Wirkstoff.
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Das
AI-Virus einfangende oder inhibierende Mittel kann ferner einen
pharmazeutisch verträglichen Träger umfassen.
Wie hierin verwendet, soll der Ausdruck ”pharmazeutisch
verträglicher Träger” ein Medium bezeichnen,
das zur Verabreichung geeignet ist, wie beispielsweise Lösungsmittel,
Dispersionsmittel, isotonische Lösungen, Absorptionsverzögerungsmittel,
etc. Die Medien, die für die Verabreichung von medizinischen Wirkstoffen
geeignet sind, sind auf dem Fachgebiet gut bekannt. Hilfswirkstoffe
können in dem Inhibitor enthalten sein.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch einen Komplex zum Einfangen
des AI-Virus, umfassend ein AI-Virus einfangendes oder inhibierendes
Mittel, das die Verbindung der chemischen Formel 1 umfasst; einen Träger;
und ein Immobilisierungsmit tel zum Fixieren des AI-Virus einfangenden
oder inhibierenden Mittels auf dem Träger.
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Als
Träger können ein Substrat, wie ein Silicium-Wafer,
Metall, Glas, Quarz, etc., oder magnetische Kügelchen in
Nano- oder Mikrogröße verwendet werden. Zusätzlich
kann ein Kohlenstoffnanoröhrchen als Träger verwendbar
sein.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Nachweisen
des AI-Virus, umfassend das Inkontaktbringen der Verbindung der
chemischen Formel 1 mit einer Probe aus einem Subjekt.
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In
dem Verfahren umfasst der Schritt des Inkontaktbringens das Fixieren
entweder der Verbindung der chemischen Formel 1 oder der Probe auf
einem Substrat und das Inkontaktbringen der Verbindung der chemischen
Formel 1 mit der Probe, wenn diese auf dem Substrat fixiert ist,
und umgekehrt.
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In
diesem Fall kann der Schritt des Inkontaktbringens ferner das Zugeben
eines mit einer Markierung konjugierten sekundären Einfangmaterials
zu dem Substrat umfassen, wenn die Probe in Kontakt mit der Verbindung
der chemischen Formel 1 gebracht wird, nachdem die Verbindung der
chemischen Formel 1 auf dem Substrat fixiert worden ist. Dieses
Verfahren ist eine Abänderung des schematisch in 3 dargestellten Sandwich-Immunoassays.
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Solange
es im Fachgebiet typischerweise üblich ist, kann jedes
Substrat ohne jegliche Einschränkung verwendet werden.
Beispiele umfassen einen Silicium-Wafer, Metall, Glas, Quarz, etc.,
sind jedoch nicht darauf beschränkt. In der vorliegenden
Erfindung soll das sekundäre Einfangmaterial ein Materi al,
wie einen polyklonalen Antikörper, bedeuten, das an das
durch die Verbindung der chemischen Formel 1 eingefangene AI-Virus
binden kann.
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In
dem Verfahren kann der Schritt des Inkontaktbringens das Fixieren
der Verbindung der chemischen Formel 1 auf Nano- oder Mikrokügelchen
und das Inkontaktbringen der Probe mit der fixierten Verbindung
der chemischen Formel 1 umfassen.
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In
dem Verfahren kann der Schritt des Inkontaktbringens ferner das
Zugeben eines mit einer Markierung konjugierten sekundären
Einfangmaterials zu den Nano- oder Mikrokügelchen, nachdem
die Probe in Kontakt mit der fixierten Verbindung der chemischen
Formel 1 gebracht worden ist, umfassen.
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Die
Nano- oder Mikrokügelchen unterliegen keinen besonderen
Einschränkungen, solange diese in auf dem Fachgebiet üblicher
Weise verwendet werden. Bevorzugt sind magnetische Partikel oder
Kohlenstoffnanoröhrchen.
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Zur
ausführlicheren Beschreibung der vorliegenden Erfindung
soll nun auf die Zeichnungen Bezug genommen werden.
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Bezugnehmend
auf 1 ist eine Verbindung, welche ein Beispiel der
chemischen Formel 1 ist und für das Einfangen oder das
Inhibieren des AI-Virus verwendet wird, zusammen mit der analysierten
Molekülstruktur derselben gezeigt. Wie aus der Molekülstruktur
ersichtlich ist, besteht die Verbindung aus AsnArg als Einfangteil(-NH2AA), PEG als Linker-Teil und Biotin als
Immobilisierungsteil. Es wurde gefunden, dass das Aminosäuredimer
AsnArg die höchste Affinität für das
AI-Virus aufweist, wenn theoretisch und durch einen Af finitätsassay
gemessen. Anstelle von PEG und Biotin können andere Strukturen
als Linker-Teil bzw. Immobilisierungsteil verwendet werden. Beispielsweise
können Alkylstrukturen mit unterschiedlichen Längen
oder DNA den Linker-Teil ausmachen, während eine bestimmte
funktionelle Gruppe, wie -NH2, -COOH oder
-OH, für den Immobilisierungsteil zuständig sein
kann.
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Bezugnehmend
auf 2 ist ein Streptavidin-beschichtetes Kügelchen,
modifiziert mit einem Biotin-konjugierten Aminosäuredimer,
das zum Trennen des H5-Antigens eines AI-Virus aus einer Probe verwendet
wird, gezeigt.
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In
der 3 ist die schrittweise Herstellung eines Biosensors
mit einer Verbindung zum Einfangen oder Inhibieren eines AI-Virus
gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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Bezugnehmend
auf 4 und 5, zeigt 4 die Affinitäten
von 29 in Beispiel 1 ausgewählten Aminosäuredimeren
für das H5-Protein des AI-Virus bezogen auf die mittels
Flexx-p (BiosolveIT, Deutschland) gemessene freie Energie. 5 ist
eine Aufnahme, welche die Ergebnisse von 4 zeigt.
Wie aus den Daten der Tabelle der 4 ersichtlich,
sind die aus den 29 ausgewählten Aminosäuredimeren
hergestellten Einfangverbindungen unterschiedlich in ihren Bindungseigenschaften,
was darauf hinweist, dass die Peptide, obwohl sie eine sehr kurze
Länge aufweisen, unterschiedliche Bindungseigenschaften
bezüglich Antigenen zeigen.
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Bezugnehmend
auf 6A und 6B, zeigen 6A und 6B die
Ergebnisse eines Vergleichsversuchs bezüglich der Bindungseigenschaften
mit einem Antikörper, der kommerziell erhältlich
ist. In diesem Versuch wurden zwei Typen von NT und IT als Antikörper
verwendet und 3 Linien in der Mitte derselben (welche nicht aktiv
sind) sind Sialinsäure (NR1), 3-Sialinlactose (NR2; engl.
3-silaiic-lactose) und 6'-Sialinlactose (NR3; engl. 6'-sialic lactose),
die als Rezeptor des in der Natur vorkommenden H5-Proteins bekannt
sind. Diese experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die neu entwickelten
Aminosäuredimere im Vergleich zu dem in der Natur vorkommenden
Rezeptor (von dem allgemein bekannt ist, dass er bei der AI-Virusinfiltration
der Zelloberfläche beteiligt ist; J. Gen. Virol.,
2004, 85: 100 1–5) starke Bindungseigenschaften
aufweisen.
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Bezugnehmend
auf 7A und 7B, zeigen 7A und 7B die
experimentellen Ergebnisse unter Verwendung von echtem Hühnerblut.
In dem Versuch, der QH (Einbuchstabencode) als Aminosäuredimer
als Einfangmaterial verwendet, reagierte das Blut von gesunden Hühnern
(SE: Probe von rotem Hühnerserum) nicht mit QH, die AI-Virus
enthaltende Probe (Ag: Probe von rotem Hühnerserum mit
Antigen, Konzentration: 6,7 pM) reagierte jedoch mit QH. Anhand
dieses Ergebnisses haben wir gefunden, dass die Aminosäuredimere
der vorliegenden Erfindung selektiv mit dem Antigen des AI-Virus
reagieren.
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Ein
besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird durch
die folgenden Beispiele erreicht, welche zur Veranschaulichung wiedergegeben
sind, die vorliegende Erfindung jedoch nicht einschränken
sollen.
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BEISPIEL 1: Herstellung von Dipeptiden
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Zur
Verwendung beim Einfangen von AI-Virus-Proteinen oder -Peptiden
wurde die erfindungsgemäße Verbindung durch die
folgenden Schritte hergestellt:
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Schritt
1: Strukturanalyse von AI-Virus-Zielproteinen oder -Zielpeptiden;
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Schritt
2: Basierend auf der analysierten Struktur wurde Computerchemie
verwendet, um eine Vielzahl von Liganden zu modellieren, die voraussichtlich
an die Zielproteine oder -peptide binden, und um thermodynamisch
stabile Verbindungen, nach dem virtuellen Binden der Liganden an
die Zielproteine oder -peptide, vorzuschlagen;
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Schritt
3: Aus den Vorschlägen des Schritts 2 werden geeignete
Verbindungen ausgewählt und synthetisiert mit Ausnahme
von Verbindungen, die in der Praxis nicht synthetisiert werden können
oder bereits bekannt sind;
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Schritt
4: Das Binden der synthetischen Verbindungen des Schritts 3 an AI-Virus-Proteine
wird untersucht und sie werden derart remodelliert, dass sie für
Sensoren einsetzbar sind; und
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Schritt
5: Das Binden der remodellierten Verbindungen an die AI-Virus-Proteine
(3425P und 3427P, kommerziell erhältlich von ProSci, Inc.,
U.S.A.) wird untersucht, um zu bestimmen, ob diese als Nachweismittel des
AI-Virus verwendet werden können.
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In
Schritt 1 wird ein Peptidteil anstelle des gesamten Proteins der
kommerziell erhältlichen Peptide als Antigen verwendet.
Ferner nehmen die Fälle zu, in welchen ein Peptidteil als
Antikörper verwendet wird.
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In
Schritt 2 wurden die Bindungseigenschaften verschiedener mit einem
Computer virtuell synthetisierter Verbindungen bestätigt
und in Schritt 3 wurden die Peptide, die in der Praxis synthetisierbar
sind und mit geringen Kosten erhältlich sind, ausgewählt
und synthetisiert.
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In
dem Remodellieren des Schritts 4 können der Linker und
die Ankergruppe, die beide verwendet werden, um die entworfenen
Dipeptide auf einen Sensor aufzubringen, die Bindungseigenschaften
der entworfenen Peptide verändern. Die Bindungseigenschaften
der remodellierten Verbindungen wurden deshalb in Schritt 5 unter
Verwendung von geeigneten AI-Virus-Antigenen analysiert.
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Da
das AI-Virus-Protein wegen seiner Stabilität und rechtlicher
Aspekte nicht verwendet werden kann, wurden von einem weltweit autorisierten
Unternehmen erhältliche antigene Materialien, wie diejenigen,
die als ProSci 3425P und 3427P bezeichnet sind und durch ProSci,
Inc., U.S.A. angeboten werden, untersucht, um die Bindungseigenschaften
der Einfangverbindungen zu untersuchen.
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In
dem Bindungsversuch des Schritts 5 ist es sehr wichtig, diejenigen
remodellierten Verbindungen aufzufinden, die eine solche Selektivität
zeigen, dass sie mit Zielantigenen reagieren, jedoch nicht an andere im
Körper vorkommende Proteine binden. In diesem Beispiel
wurden die Bindungseigenschaften der remodellierten Verbindungen
folglich nicht nur gegenüber Zielantigenen sondern auch
gegenüber dem roten Serum von gesunden Hühnern
untersucht.
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Die
neuen Verbindungen zum Einfangen oder Inhibieren des AI-Virus, bereitgestellt
durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung,
sind Peptidylhüllmaterialien mit niedrigen Molekulargewichten,
die auf zwei bis zehn Aminosäuren, vorzugsweise zwei bis
fünf, bevorzugter zwei oder drei und besonders bevorzugt zwei
Aminosäuren, beruhen.
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1. Auswahl von Aminosäuredimeren
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- 1) Es wurde Bezug genommen auf die RCSB-Proteindatenbankdaten
(PDB ID NO 1JSN, 1JSM, 3GBM, 3FKU, 2I8X, 2FKO, etc.) betreffend
die Strukturen von Zielproteinen (Antigenen) und die Sequenzen von in
der Praxis verwendeten Antigenen wurden bei ProSci, U.S.A. bestellt.
- 2) Wassermoleküle wurden aus den erhaltenen Proteinen
unter Verwendung eines als Vega ZZ bezeichneten Freeware-Programms
(http://nova.colombo58.unimi.it) entfernt und die
wasserfreien Zielproteine wurden einer virtuellen Assoziierung mit
Wasserstoffmolekülen unterzogen. Einige Wassermoleküle
wurden jedoch aufgrund ihrer wichtigen Rolle, wie beispielsweise
bei der Stabilisierung der Ligand-Rezeptor-Wechselwirkung, nicht
aus den Modellen entfernt.
- 3) Die Affinität zwischen den bekannten 400 Aminosäuredimeren
und dem H5-Protein wurde berechnet (je geringer der berechnete Wert
ist, desto stabiler ist die Bindung zwischen dem Aminosäuredimer
und dem H5-Protein, da es sich dabei um die freie Energie handelt).
- 4) Ausgezeichnete virtuelle Bindungseigenschaften führten
zur Auswahl von 36 unter den 400 Aminosäuredimeren und
diese wurden mit einer Reinheit von 95 oder höher von SeouLin
Bioscience, Inc., Korea (synthetisiert in Thermo Science) und/oder
Peptorn, Inc., Korea bestellt.
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2. Herstellung von Einfangverbindungen
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- 1) Ausgewählte Aminosäuredimere
wurden auf 1,0 mM in PBS verdünnt.
- 2) Jede der Aminosäuredimerlösungen (1,0 mM)
wurde mit einem Volumen einer 1,0 mM NHS-Sulfo-Biotin-Lösung
(PBS) gemischt, um 0,5 mM Aminosäuredimerlösungen
herzustellen.
- 3) Die 0,5 mM Aminosäuredimerlösungen wurden
für 30 min bei 30°C in einem Eppendorf-Schüttelreaktor inkubiert.
- 4) Die 0,5 mM Lösungen wurden erneut 50-fach verdünnt,
das heißt auf 10 μM, was festgelegt wurde angesichts
der Tatsache, dass die von ProSci gelieferten Antikörper
ungefähr 6,7 μM waren.
- 5) Die so hergestellten Lösungen wurden bis zur Verwendung
ohne Ionenentfernung in einem Kühlschrank gelagert.
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Nachfolgend
ist ”Einfangverbindungen” eine Bezeichnung, die
verwendet wird, um Aminosäuredimere zu bezeichnen, die
mit einem Linker+Ankergruppe-Komplex konjugiert sind (der Linker+Ankergruppe-Komplex ist
von Pierce U.S.A. geliefertes Sulfo-NHS-Biotin).
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3. Beschichten von Antigen
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- 1) Die in diesem Versuch verwendeten Mikroplatten
waren NUNC Maxisorp®-Mikroplatten.
Die Mikroplatten wurden in ihrem ursprünglichen, ungebrauchten
Zustand, ohne gewaschen worden zu sein, verwendet.
- 2) Zur Verwendung wurden die Antigene 1/1000 in einem Beschichtungspuffer
verdünnt (z. B. 10 μl der Antigenlösung
wurde mit 10 ml Beschichtungspuffer gemischt).
- 3) Rotes Hühnerserum (CRS) wurde 1/10 in einem Beschichtungspuffer
verdünnt. Nach 3 Stunden wurde das geronnene Blut des extrahierten
roten Hühnerserums unter Verwendung einer Separatorzentrifuge
entfernt. Und nur Plasmabestandteile wurden verwendet. Und 0,02
Thimersol wird zugegeben, um eine lange Haltbarkeit sicherzustellen
und gefroren aufbewahrt.
- 4) Das rote Hühnerserum (CRS) wurde 1/10 in einem Beschichtungspuffer
verdünnt, da die Gehalte von einzelnen Proteinen gering
sind, wenn das CRS als Negativreferenz verwendet wird, obwohl die
Konzentration des gesamten Proteins höher sein kann als
diejenige von Antigen.
- 5) In Bezug auf die Spike-Lösung (engl. spiked solution; üblicherweise
als SP auf Mikroplatten ausgedrückt), wurde sie hergestellt
durch Mischen von 50 μl einer Antigenstammlösung
mit 950 μl CRS in dem ersten Versuch. Für den
Gebrauch in der Praxis wurde sie 1/10 in Beschichtungspuffer verdünnt.
In dem Versuch vom 14. Januar wurden jedoch Beschichtungspuffer
1,8 ml, CRS 180 μl, Antigenlösung 20 μl
unmittelbar vor dem Ver such zugegeben. Deshalb ist das Verhältnis
auf selbiges festgelegt.
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4. Bindungstest mit Antigen
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- 1) Das hergestellte Antigen wurde in einer
Menge von 100 μl pro Well auf Mikroplatten gegeben und über Nacht
bei 2023°C (Raumtemperatur) in der Feuchtkammer inkubiert.
- 2) Üblicherweise wurde jedes Well der antigenbeschichteten
Platten zweimal oder dreimal mit autoklaviertem, entionisiertem
Wasser gewaschen und für 2 h bei 20°C mit 200 μl
Blockierungspuffer inkubiert. Dies wurde jedoch in dem CRS-Fall
ausgelassen.
- 3) Der in diesem Bindungsversuch verwendete Blockierungspuffer
umfasste 0,1% BSA und 0,02% Thimersol in PBS, pH 7,2, und war nicht
autoklaviert. Einen Blockierungsschritt, falls durchgeführt,
folgten drei oder mehr Waschungen mit Waschpuffer und dann zwei
oder mehr mit PBS.
- 4) Nach Abschluss des Waschens wurden die Platten auf den Kopf
gestellt und dreimal gegen Blotting-Papier geklopft, so dass kein
Rückstand auf den Platten zurückblieb.
- 5) Danach wurden die in Abschnitt 1 (Herstellung von biotinyliertem
Dimer) hergestellten Lösungen in einer Menge von 100 μl
verteilt. Zu diesem Zeitpunkt wurde als Positivreferenz, ein kommerziell
erhältlicher Antikörper (aviärer Influenza
A-Hämagglutinin-Antikörper CATALOGU Nr. 3425 & 3427, kommerziell
erhältlich von ProSci, Inc.) in einer Menge von 100 μl
zugeteilt. Und die Probe, zu der kein Antikörper oder neu
entwickeltes Aminosäuredimer zugegeben worden war, wurde
als Negativreferenz verwendet (die anderen Bedingungen sind die
gleichen).
- 6) Sie wurden bei Raumtemperatur für 1 h unter Schütteln
bei 100 rpm inkubiert.
- 7) Das Waschen erfolgte drei- bis fünfmal mit einem
Waschpuffer und dann drei- bis viermal mit PBS.
- 8) Schritt 5) wurde wiederholt.
- 9) Streptavidin-HRP (Meerrettichperoxidase) wurde 1/10.000 in
PBS verdünnt und in einer Menge von 100 μl in
jedes Well verteilt.
- 10) Das Waschen von Schritt 2) wurde wiederholt.
- 11) Die Prozedur von Schritt 5) wurde wiederholt.
- 12) 50 μl einer Mischung von 1:1 von TMB:Substratlösung
wurde zur hergestellten Lösung gegeben.
- 13) Die Inkubation wurde für 15 min bei 37°C
durchgeführt. Hier ist es am wichtigsten, dass die Reaktionszeit
genau eingehalten wird.
- 14) Nach 15 min wurde eine Stopplösung (2N HCl) zugegeben
und dann wurde binnen 10 min die Absorption bei 450 nm unter Verwendung
eines Mikroplattenlesegeräts gemessen.
-
BEISPIEL 2: Bindung eines ausgewählten
Aminosäuredimers (AA) an das H5-Protein
-
2-1. Versuch mit Magnetkügelchen
-
In
diesem Versuch dienten mit Aminosäuredimeren konjugierte
Magnetkügelchen zur Abtrennung des H5-Proteins aus Proben.
- 1) Das H5-Protein des AI-Virus wurde von Bioassay
Systems (USA, CA) (Katalog: Birdflu (H5HA-EAB)) erworben.
- 2) Zunächst wurde Biotin unter Verwendung von NHS-Sulfo-Biotin
mit dem NH2 jedes der in Beispiel 1 ausgewählten
36 Aminosäuredimeren konjugiert.
- 3) Das NHS-Sulfo-Biotin wurde in der gleichen Molmenge wie das
Aminosäuredimer verwendet. Beispielsweise wurde, falls
ein Aminosäuredimer in einer Menge von 0,1 Mikromol verwendet
wurde, ein Mikromol NHS-Sulfo-Biotin eingesetzt.
- 4) Nachdem die Lösung der Streptavidin-beschichteten
Kügelchen, deren Größe 100 nm betrug,
dreimal mit PBS gewaschen worden war, wurde das synthetisierte Aminosäuredimer-PEG-Biotin
(36 Proben) zu der Lösung gegeben, so dass die Oberfläche
der Streptavidin-beschichteten Kügelchen mit den Aminosäuredimeren
beschichtet war (2).
- 5) Die 100 nm Kügelchen wurden von Chemicell, Deutschland,
erworben. Sie wurden dreimal mit PBS gewaschen, bevor sie mit demselben
Volumen der Biotin-konjugierten Aminosäuredimerlösung
gemischt wurden. In diesem Beispiel wurden die Lösungen
in einer Menge von 50 Mikrolitern verwendet.
- 6) Die so erhaltenen 36 Kügelchen-Lösungen
(unterschiedlich in Bezug auf das Aminosäuredimer, das
an die Oberfläche der Kügelchen konjugiert ist)
wurden dreimal mit PBS gewaschen, um überschüssige
Reagenzien zu entfernen.
- 7) Das H5-Protein wurde 1/100 in PBS verdünnt und 100 μl
der Verdünnung wurden zu den 36 Kügelchen-Lösungen
gegeben.
- 8) Die so hergestellten Proben wurden für 2 Stunden
bei Raumtemperatur inkubiert.
- 9) Nach der Inkubation wurden die Kügelchen unter Verwendung
eines Magneten abgetrennt und der Überstand wurde bezüglich
der Proteinmenge analysiert.
-
2-2. Versuch mit Substrat (dünne
Siliciumoxidschicht, wie Silicium-Wafer, Glas und Quarz), auf welchem
das AI-Virus einfangende Aminosäuredimer immobilisiert
war
-
- 1) Ein Silicium-Wafer (Nano Fab Center, Daejeon,
Korea), auf welchem Siliciumoxid bis zu einer Länge von 10
nm gezüchtet worden war, wurde in Abmessungen von 6 mm
Breite und 8 cm Länge geschnitten.
- 2) Die Silicium-Waferstücke wurden durch eine RCA oder
ein Plasmaverfahren gereinigt, um organische Substanzen davon zu
entfernen.
- 3) Eine Lösung von MeOH:HCl (1:1) wurde verwendet,
um die Wafer-Oberfläche mit Silanolgruppen zu versehen.
- 4) Der Wafer wurde weiter mit 10% PEI-Lösung (in 50
mM Calciumcarbonat, pH 8,0) behandelt, um freie Amine auf der Oberfläche
zu bilden.
- 5) NHS-Sulfo-Biotin, das von Pierce kommerziell erhältlich
ist, oder eine entsprechende bifunktionelle Verbindung wurde selektiv
auf eine solche Art und Weise auf dem Substrat immobilisiert, dass
N-Hydroxysuccinimid an das freie Amin auf dem Substrat gebunden
wurde, während der Biotinanteil frei war.
- 6) Das beschichtete Substrat wurde mit einer Lösung
von Streptavidin in PBS (pH 7,4) behandelt, gefolgt von einer Inkubation
bei Raumtemperatur für 0,5~1 Stunde, um das Streptavidin
zu fixieren.
- 7) Eine Lösung des Aminosäure-Polyethylenglycol-Biotins
(AA-PEG-Biotin), hergestellt in Beispiel 2-1, 1)-4), in PBS wurde
auf den Silicium-Wafer aufgebracht, gefolgt von einer Inkubation
bei Raumtemperatur für 30 min. Danach wurden die verbliebenen,
nicht reagierten Verbindungen unter Verwendung von PBS (enthaltend
1% Tween 20) entfernt.
- 8) Anschließend wurde eine Lösung des H5-Antigens
auf den in 7) hergestellten Silicium-Wafer aufgebracht und bei Raumtemperatur
für 2 Stunden inkubiert.
- 9) Dann wurde das Substrat mit einem Biotin-konjugierten sekundären
Antikörper (in PBS) behandelt, um eine Sandwich-Struktur
für den ELISA zu bilden.
- 10) Fluidmag-BC-Biotin (Größe: 100 nm, Konzentration:
10,0 mg/ml), kommerziell erhältlich von Chemicell, Deutschland, wurde
in diesem Versuch vor der Verwendung als magnetische Nanokügelchen
1/100 in PBS verdünnt.
- 11) Es wurde überprüft, ob die Streptavidin-beschichteten
Kügelchen (magnetische Nanokügelchen) selektiv
an das in 9) hergestellte Substrat banden (siehe 3).
Zu diesem Zeitpunkt wiesen die Kügelchen die Rolle von
HRP in ELISA nach.
- 12) Verbleibende, nicht reagierte Verbindungen wurden unter
Verwendung von PBS entfernt und danach wurden die Signale für
markierte Kügelchen unter Verwendung eines magnetischen
Lesegeräts gemessen.
-
Die
Ergebnisse der Verwendung von NH2-AsnArg-COOH
sind in 8 gezeigt.
-
Wie
bislang beschrieben, zeigen die Peptidverbindungen gemäß der
vorliegenden Erfindung, welche die Fähigkeit besitzen,
stark an das AI-Virus zu binden, eine ausgezeichnete Aktivität
bezüglich des Einfangens oder Inhibierens von AI-Coronavirus
und können zusätzlich aufgrund ihrer einfachen
Synthese kostengünstig bereitgestellt werden. Die Peptidverbindungen
sind auch so stabil, dass sie selbst nach einem Jahr Lagerung nicht
abgebaut sind. Die Verbindungen der vorliegenden Erfindung beseitigen
folglich die Schwierigkeiten, die sich durch die Immunanalyse unter
Verwendung eines Antikörpers ergeben, wie eine geringe
Aktivität oder ein Abbau von Antikörpern, Schwierigkeiten
bei der Analyse durch schlecht ausgerüstete Labors, das
Opfern einer Vielzahl oder zahlreicher Tiere zur Erzeugung von Antikörpern,
etc. Im Gegensatz zu Antikörpern können die Peptidverbindungen
zum Einfangen oder Inhibieren des AI-Virus gemäß der
vorliegenden Erfindung ferner ohne Weiteres für Biosensoren
angewendet werden.
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Obwohl
die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
für erläuternde Zwecke offenbart worden sind,
werden Fachleute erkennen, dass verschiedene Abwandlungen, Ergänzungen
und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem in den begleitenden
Ansprüchen offenbarten Erfindungsumfang und Erfindungsgedanken
abzuweichen.
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Zusammenfassend
werden hierin Peptide, insbesondere die Peptidverbindungen und die
Verwendung derselben zum Nachweis oder zur Inhibierung des AI-Virus
bereitgestellt. Die Peptidverbindungen sind stabiler und leichter
zu synthetisieren und zu lagern als Antikörper. Die Peptidverbindungen,
die starke Bindungskräfte für das H5-Protein des
AI-Virus aufweisen, sind ferner als Einfangmittel oder Inhibitoren
des AI-Virus geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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Zitierte Patentliteratur
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- - KR 10-2008-0124130 [0001]
- - KR 10-2009-095680 [0001]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - J. Gen. Virol.,
2004, 85: 100 1–5 [0051]
- - http://nova.colombo58.unimi.it [0065]